Стволовые клетки — это клетки, сохраняющие потенциал к развитию в разных направлениях, то есть способные дать начало многим, а в некоторых случаях всем типам клеток организма.
Главные функции стволовых клеток
Обеспечение процессов роста и развития эмбриона и обновления-регенерации органов и тканей взрослого организма.
В регенерации органов и тканей участвуют два типа стволовых клеток — специализированные тканевые (дают начало клеткам только того типа ткани, в котором находятся, например ростковый слой кожи или эпителий кишечника) и универсальные (например, стволовые клетки из костного мозга).
Типы стволовых клеток
Эмбриональные — возникают на четвертые-пятые сутки развития эмбриона. Они обладают неограниченной способностью к самоподдержанию и превращению в любые типы клеток.
Фетальные — клетки органов и тканей развивающегося эмбриона.
Взрослые — обнаружены в костном и головном мозге, в жировой ткани, в пульпе зуба, в волосяных фолликулах, на дне кишечных крипт, в периферической крови, печени, поджелудочной железе, мышцах, сетчатке и роговице глаза.
Особенности поведения стволовой и раковой клеток
Абсурд?! Разве можно ставить рядом стволовую и раковую клетки? Ведь они так же далеки друг от друга, как «да» и «нет», как добро и зло, как жизнь и смерть. Стволовая клетка — клетка-родительница и возродительница, инструмент возобновления тела человека на протяжении всей его жизни. Роковая раковая клетка — клетка-захватчица, клетка-убийца, инструмент разрушения тела, она рано или поздно приводит его к гибели...
Но не будем торопиться с выводами, обратимся к научным фактам. Сначала рассмотрим, чем стволовая и раковая клетки отличаются от остальных клеток организма и друг от друга.
Способность к неограниченному самовоспроизведению
Обычные клетки организма человека не могут размножаться бесконечно. Некоторые (например, нейроны и мышечные клетки) не делятся вовсе, другие делятся лишь ограниченное число раз. Для большинства стволовых и раковых клеток такого ограничения не существует, либо оно существует, но на отметке много большего числа возможных делений.
Предел Хейфлика
В 1961 году американский биолог Леонард Хейфлик установил, что клетки человеческого организма не могут делиться бесконечно. Максимально возможное количество делений в среднем составляет 50 ± 10. Это число получило название «предел Хейфлика». Отсчет количества делений начинается в эмбриональном периоде. Когда лимит исчерпывается, наступает старение клеток и организма в целом. Причиной ограничения числа делений служит особенность копирования ДНК. При каждом делении клетки она копируется не полностью, небольшой ее фрагмент на концах хромосом теряется. Сначала потери касаются участков ДНК, не несущих важной для работы клетки информации. Эти участки (длиной около 10 000 пар оснований) называются теломерами. С каждым делением длина теломеров уменьшается. И когда теломеры «заканчиваются» и возникает угроза потери фрагментов ДНК, несущих значимую для клетки информацию, деление ее прекращается. Для эмбриональных, раковых, стволовых и половых клеток такой угрозы не существует, поскольку после каждого деления происходит компенсация потерь: специальный фермент — теломераза (открыт в 1985 году) достраивает теломеры до исходной длины.
Только используют эту привилегию стволовые и раковые клетки по-разному. Стволовые для того, чтобы обеспечить клеточным материалом быстрорастущие ткани эмбриона, чтобы постоянно восполнять естественную убыль клеток взрослого организма (одни только клетки кожи обновляются со скоростью 100 000 в минуту, или 144 млн. в сутки), чтобы в случае непредвиденных повреждений эффективно оказать скорую помощь попавшему в беду органу. Раковые — для того, чтобы бесконечно воспроизводить самих себя.
Деление стволовой клетки есть четко регулируемый организмом процесс, темп которого определяется масштабами потерь клеток того или иного органа. Как только плотность клеток в зоне повреждения восстанавливается, деление прекращается под действием стоп-сигнала (явление контактного торможения) и возобновляется только тогда, когда количество клеток в органе вновь уменьшается. Раковая клетка живет своей жизнью, не считаясь с правилами и нормами клеточного общежития, следуя лишь собственной потребности к безудержному росту.
Способность жить и размножаться в чужом микроокружении
Нормальные клетки организма человека могут жить и работать только в окружении себе подобных, то есть только в том органе или в той ткани, к которым они исходно принадлежат. Если такая клетка случайно заблудится и попадет в несвойственное ей окружение, то она неминуемо погибнет, причем не от рук негостеприимных соседей — включится ее внутренняя программа самоуничтожения. Стволовая и раковая клетки, напротив, чувствуют себя на чужой территории настолько комфортно, что не только выживают сами, но и дают многочисленное потомство. Однако в том, с какой целью попадают они в чужое окружение и как складывается в новом месте их дальнейшая судьба, между стволовой и раковой клеткой существует огромная разница.
Стволовая клетка прибывает в нужное время в нужное место по специальному сигналу, подчиняясь воле целого. Ее задача — возродить поврежденный орган к полноценной жизни и работе на благо организма. От того, в какой именно орган призвана стволовая клетка, напрямую зависит ее дальнейшая судьба. То есть, с одной стороны, стволовая клетка изменяет-возрождает свое новое окружение, с другой — под его влиянием изменяется сама.
Варианты судьбы стволовой клетки в новом микроокружении
1. Под действием соответствующего микроокружения стволовые клетки превращаются в специализированные клетки данного органа (например: попадая в печень, превращаются в клетки печени).
2. Стволовые клетки попадают в орган, стимулируют его собственный восстановительный потенциал (улучшают метаболизм, стимулируют размножение и специализацию собственных клеток-предшественников), но сами в клетки этого органа не превращаются. Например, в области спинальной травмы стволовые клетки стимулируют рост аксонов. В зоне инфаркта — препятствуют образованию рубца.
3. Стволовые клетки сливаются с собственными клетками органа. Новые клетки приобретают «усиленные» свойства данного клеточного типа. Это может происходить при острых повреждениях мышечной, печеночной и мозговой ткани.
Раковой клетке на свое окружение абсолютно наплевать. Когда ее потомство перестает помещаться на старом месте, она начинает осваивать новые земли — врастать в соседние ткани (инвазия) и образовывать поселения в отдаленных органах (метастазирование). В новом окружении судьба раковой клетки нисколько не меняется, ибо ее цели ни от кого и ни от чего, кроме нее самой, не зависят. Раковую клетку можно перенести из одного организма в другой, и повторять эту процедуру можно бесконечно (перевиваемая опухоль). Более того, раковая клетка и в организме-то не очень нуждается и прекрасно себя чувствует без него, было бы вдоволь еды! В настоящее время существуют культуры раковых клеток, которым уже около 100 лет! Причем зародились они в организме мыши с видовой продолжительностью жизни три года!
Способность перемещаться по организму на значительные расстояния
Это еще одна отличительная особенность стволовых и раковых клеток. Нормальные клетки организма, за исключением клеток крови (особенно иммунокомпетентных клеток), такой способности лишены. Стволовые клетки используют для перемещения естественные транспортные пути организма. Раковым этого недостаточно. Поэтому раковая опухоль не только неудержимо растет, но создает еще и собственные «дороги» — кровеносные и лимфатические сосуды.
Промежуточный итог
У стволовой и раковой клеток есть общие свойства (способность неограниченно делиться, мигрировать на большие расстояния, находиться в чужом микроокружении и т. д.), принципиально отличающие их от других клеток организма. Но между собой стволовая и раковая клетки отличаются не столько какими-либо свойствами, сколько целью и способами их использования. Стволовая клетка выполняет нужную работу в нужное время и в нужном месте, потому что служит Целому (организму человека), слышит сигналы, отражающие его Волю, и подчиняется им. Стволовая клетка — часть, гармонично вписанная в программу Целого. Раковая клетка тоже является частью Целого, но открыто игнорирует его Законы, служа лишь только себе самой.
Агрессивная, своевольная, асоциальная раковая клетка... Почему и как появляется она в организме? Почему и как организм допускает ее существование?
Роковая раковая клетка. Кто она?
Глубинной причиной превращения законопослушной клетки организма в злостную раковую является «испорченная наследственность» — фатальные повреждения генетического аппарата. В раковой клетке обнаружены изменения в так называемых генах «социального поведения» или «социального контроля». Эти гены отвечают как за «личную жизнь» клетки (рост, размножение, питание, «профориентацию» и пр.), так и за ее способность к гармоничному сосуществованию с организмом в целом (умение воспринимать, интерпретировать и реагировать на регулирующие сигналы, которые поступают от организма). Но для развития рака одной этой причины недостаточно. У каждого человека ежедневно появляются десятки тысяч генетически измененных клеток, но далеко не у каждого появляется опухоль. Почему? Потому что в организме есть бдительные внешние и внутренние (по отношению к генетически измененной клетке) стражи, задача которых — распознавать и уничтожать потенциально опасные клетки. Внешним стражем является иммунная система, в круг обязанностей которой входит слежение за количеством и качеством живущих в организме клеток. Внутренние стражи присутствуют в каждой клетке и представляют собой специальные белки — стражи генома. В их обязанности входит обнаружение нарушений в генетическом аппарате клетки, остановка ее деления и исправление этих нарушений и, если последнее оказывается невозможным, быстрое и безболезненное уничтожение клетки, представляющей опасность для организма. Этот способ гибели клетки «изнутри», то есть ее самоуничтожение, получил название апоптоз. Однако большинство раковых клеток успешно избегает карательных мер как со стороны внутриклеточных стражей (причина может заключаться в пассивности или неисправности самих стражей), так и со стороны иммунной системы.
Как же удается раковым клеткам усыпить бдительность иммунной системы?
Раковая клетка подавляет иммунитет
Оказывается, раковые клетки способны выделять вещества, которые парализуют деятельность иммунной системы. Эта особенность роднит их с клетками эмбриональными. И более того, способность к подавлению иммунитета обнаружена у взрослых стволовых клеток!
Нормальное развитие плода обеспечивается тем, что его клетки выделяют специальные белки, которые блокируют материнский иммунитет и препятствуют развитию реакций отторжения плода. В. И. Говалло выяснил, что раковые клетки синтезируют такие же белки, которые гасят иммунные реакции организма и позволяют раку беспрепятственно развиваться: «ѕсловно воры в чужом доме, они отключают сигнализацию».
Британские ученые обнаружили вещество под кодовым названием 5Т4, с помощью которого клетки эмбриона обманывают иммунную систему матери, не позволяя ей отторгнуть чужеродные ткани плода. Это же вещество содержится в раковых клетках и обеспечивает им надежную защиту от иммунной системы.
Способность взрослых стволовых клеток из костного мозга подавлять иммунные реакции используют в клинике для предотвращения или ослабления реакции отторжения при пересадке донорского костного мозга.
Может ли совпадение таких жизненно важных для организма способностей эмбриональной, стволовой и раковой клетки быть случайным?
Раковая опухоль представляет собой многочисленное потомство единственной клетки, избравшей путь личного бессмертия в ущерб другим клеточным целям и задачам. Откуда берется эта стволовая раковая клетка-предшественница?
Раковая клетка — измененная стволовая
Все больше и больше научных фактов свидетельствуют в пользу этого предположения.
Во взрослом организме существуют два типа стволовых клеток: универсальные, способные дать начало всем типам клеток организма, и тканевые предшественники, дающие начало клеткам только того типа ткани, в котором находятся. Регулярная «плановая» регенерация органов осуществляется в основном за счет стволовых клеток второго типа.
У раковой опухоли тоже есть свои клетки-предшественницы. Это, как правило, наименее зрелые клетки данной ткани.
Немецкие ученые доказали существование прямой связи между дефектными стволовыми клетками (в генетической программе которых произошел сбой) и раковыми опухолями. Во время эксперимента подобная испорченная стволовая клетка-предшественница нервных клеток, помещенная в организм подопытной мушки, выросла в огромную опухоль с множественными метастазами.
Канадские исследователи обнаружили, что самые злокачественные опухоли головного мозга могут развиться из взрослых стволовых клеток.
Американские ученые предположили, что неспособность стволовой клетки кожи адекватно взаимодействовать со своим окружением приводит к перерождению ее в раковую.
Стволовые клетки находятся в центре внимания научной и практической медицины всего мира. С ними связаны надежды на продление жизни, на исцеление больных, до настоящего времени считавшихся безнадежными (в том числе и раковых). Но у каждой медали есть обратная сторона, в каждой возможности скрыта опасность! И при пересадке стволовые клетки могут превратиться в раковые.
Один из способов применения стволовых клеток таков: у пациента берут ту или иную ткань (например, костный мозг или жировую ткань), содержащую стволовые клетки. Выделяют их из первичного материала, культивируют вне организма, наращивая до определенного количества, и затем возвращают в организм пациента.
Недавние исследования показали, что если стволовые клетки находятся вне организма более трех-четырех месяцев, то появляется реальная угроза, что при возвращении в организм пациента они поведут себя непредсказуемым образом и могут превратиться в раковые.
Но справедливо и обратное — в каждой опасности скрыта возможность! Нет худа без добра! И даже раковая клетка, какой бы безнадежно погрязшей во зле ее ни считали, способна сыграть и созидательную роль. Подтверждением тому служит следующий эксперимент: ядро мышиной раковой клетки ввели в яйцеклетку, из которой предварительно удалили собственное ядро; в результате эта клетка-химера дала начало новой полноценной жизни — нормальному эмбриону мыши!
Рак — это аномальная регенерация
Регенерация (от лат. regeneratio) — «восстановление, возрождение, возобновление».
Воз-рождение — это рождение чего-то нового, рождение заново. Возрождение не происходит там, где и так все хорошо.
Оказывается, и рак очень часто развивается на почве хронического неблагополучия. Он нередко возникает на месте хронического воспаления и разрушения тканей. Недаром факторами риска развития рака желудка являются хронические гастрит и язва; рака пищевода — воспаление, вызванное длительным воздействием горячей пищи; рака легких — хроническое раздражение табачным дымом и т. д.
Восстанавливать разрушенные ткани — прямая обязанность стволовых клеток. В очаге хронического разрушения происходит усиленная регенерация, и стволовые клетки работают с перегрузками. На каком-то этапе в программе стволовой клетки может произойти сбой, и вместо спасательных работ на благо органа и организма она начнет спасать саму себя. Так стволовая клетка превращается в раковую, регенерация органа — в рост опухоли. Инструмент возрождения становится инструментом разрушения, жизнь оказывается на пороге смерти. Диагноз-приговор «рак» ставит человека перед лицом реальной опасности и в то же время предоставляет столь же реальный шанс. Шанс исцеления и возрождения самого себя, своих жизненных ценностей и целей.
Дополнительно:
Рак, канцер происходит от греческого karkinos — «рак», «краб». Появление термина, вероятно, связано с тем, что наиболее доступные для наблюдения формы рака — рак молочной железы и рак кожи — прорастают в окружающие ткани тяжами, напоминающими клешни рака.
У раковых больных (даже на стадии отсутствия клинических проявлений болезни) на фотографиях, сделанных по методу Кирлиан, свечение вокруг пальцев рук по форме напоминает клешни рака.
Одна из самых больших тайн рака — то, почему тело позволяет клеткам формировать злокачественные опухоли, когда есть иммунная система, которая должна остановить этот процесс.
О’Бирн